CFD模拟分析在二冲程汽油机性能改进中的应用探讨.pdf

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1、2010年第3期(总第117期)内燃机与动力装置I．C．E&Powerplant2010年6月【模拟计算】CFD模拟分析在二冲程汽油机性能改进中的应用探讨杜涛(天津内燃机研究所，天津300072)摘要：二冲程汽油机为研究对象，通过试验测得发动机模拟计算所需的初始条件和动态边界条件，实现计算流场分区域进行初始条件和边界条件的赋值，提出评价、计算结果优劣的方法及相关参数，实现了二冲程发动机扫气效果数量化，便于改进效果的评价和最佳改进方案的选取。关键词：二冲程汽油机；扫气过程分析；CFD模拟中图分类号：TK411．3文献标

2、志码：A文章编号：1673—6397(2010)03—0030一03CFDSimulationAnalysisonTwo—-strokeGasolineEngineImprovementDUTao(TianjinInternalCombustionEngineResearchInstitute，Tianjin300072，China)Abstract：Thetwo—strokegasolineenginebeingastheresearchobject，authorsgetstheinitialconditionsa

3、nddynamicboundaryconditionsforenginesimulationthroughtest，andassignmentsepa-ratedcomputationalregionsfordifferentinitialconditionsandboundaryconditions，pmposeameth·odandrelevantparameterstocalculateandevaluatetheeffectsofdifferentimprovement，80itisre-alizedrega

4、rdingtoquantificationofthetwo—strokegasolineenginescavenginganalysis，whichisconvenientforevaluatingoftheresultsandoptimumstrategy．KeyWords：Two—-strokeGasolineEngine；ScavengingAnalysis；CFDSimulation引言二冲程汽油机的结构简单、升功率高，而且成本低廉，是小型手持式工具的主要配套动力之一。二冲程汽油机的扫气过程中的短路损失造成大

5、量的新鲜充量直接从排气口流失，严重影响发动机的经济性、动力性以及排放性能。计算流体动力学CFD(ComputationalFluidDynamic)可以实现缸内流场可视化分析，是进行二冲程汽油机扫气过程分析与优化的方便工具。目前，已经有很多技术人员采用CFD模拟分析的方法对二冲程的扫气过程进行改进‘1—3

6、。本文以某二冲程汽油机为例，利用试验和三维CFD模拟软件(FLUENT)对二冲程汽油机的扫气过程进行模拟计算，提出了二冲程汽油机扫气过程模拟分析的方法。1计算模型及边界条件表11E36F汽油机基本参数缸彩mm36冲

7、程／mm32转速／r／rain7000排气口开启角度／oCA113．5排气口关闭角度／。CA246．5扫气口开启角度／oCA118扫气口关闭角度／。CA242研究的机型为1E36F二冲程汽油机，其扫气道布置如图l所示。为了达到精确的计算结果，对三维模型进行了尺寸上的校核，特别是排气、扫气定时作者简介：杜涛(1973一)，男，山东省郯城人，大学本科，工程师，从事小型通用汽油机设计开发工作，主要研究方向为小型二冲程汽油机性能提升、排放改进。2010年第3期士土涛：CFD模拟分析在二冲程汽油机性能改进中的应用探讨以及扫气道

8、结构。汽油机的参数见表1所示。图l1E36F汽油机几何模型1．1模型及网格生成图2计算网格模型综合考虑计算机硬件条件和工程要求，选取扫、排气道一缸内系统作为研究对象，利用三维造型软件uG完成计算区域的实体模型造型(如图1所示)，网格划分采用Fluent专用网格划分工具Gam．bit，考虑模型结构的复杂性和活塞运动的实现，结合使用六面体和非结构化四面体网格。将区域分为扫气道、燃烧室、气缸、排气道四部分，分别进行网格划分，相联结的各区域之间设置内部边界条件。如图2为计算的网格模型。1．2数学模型利用Fluent通过对质量

9、，动量，能量守恒方程和标准k一占等偏微分方程在时间和空间上进行离散，求得具有物理意义的数值解，从而获得对流场的详细描述。对于时间和空间分别采用向前差分和有限体积法来离散控制方程。1．3初、边值条件在二冲程发动机扫气过程模拟中，缸内压力、曲轴箱压力及排气道压力直接影响到扫气气流的速度及缸内燃烧废气的排出速度，对计算结果影响非常大，因此本文通过实验